Development of a novel fermentation process using N2-fixing Escherichia coli

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05800
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Daisuke Koma 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (80443547)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古屋 俊樹 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 准教授 (20367064)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 窒素固定 / 大腸菌 / ニトロゲナーゼ / 合成生物学 / アセチレンアッセイ

Outline of Final Research Achievements

We aimed to develop a new fermentation process that does not depend on the Haber-Bosch process for its nitrogen source. Specifically, we aimed to produce E. coli that can fix nitrogen under more aerobic conditions (fermentation conditions). We cloned the genes for the nitrogenase cluster of Klebsiella, which belongs to the same family as E. coli, and introduced it into the chromosome of E. coli in an attempt to create and express a condition more similar to that of wild-type nitrogen-fixing bacteria. The results of real-time PCR showed that all genes were expressed as intended, but the activity of nitrogenase was insufficient for nitrogen fixation. Therefore, it was suggested that further genetic modification is necessary to enhance the activity.

Free Research Field

合成生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的な意義として、14種類のKlebsiellaの遺伝子を導入しただけでは、大腸菌は窒素固定せず、窒素固定の達成には別のファクターが必要であることを明らかにした。開発した菌株は染色体改変株であるので、さまざまな遺伝的改良が容易で、今後、ひとつのプラットホーム菌株としての活用が可能であり、学術貢献度は高い。また収集した各種遺伝子も同様な貢献が可能である。
社会的な意義として、現在、窒素をエネルギーキャリアーとして利用するための研究、また食料問題を解決するための研究など、窒素固定研究は非常に白熱している。今回、微生物による窒素固定活用という新しい分野に貢献できたことは、社会的に意義がある。